Chapitre 11 : CHAMPS ET FORCES

Chapitre 11 : CHAMPS ET FORCES
I) CHAMP SCALAIRE ET CHAMP VECTORIEL
Voir activité 1 du chapitre 11 et paragraphe 1 paragraphe 1 à la page 205 de votre livre
I-1) Notion de champ
On parle de champ lorsqu’en tous points d’un espace déterminé on associe une grandeur physique
(champ de température, champ de pression, champ de vitesse du vent,…)
I-2) Champ scalaire
On parle de champ scalaire lorsque la grandeur physique considérée est un nombre.
Exemple : cartographie d’un champ scalaire de température
I-3) Champ vectoriel
On parle de champ vectoriel lorsque la grandeur considérée est un vecteur. Un vecteur est caractérisé
par : une direction, un sens et une valeur (ou norme).
Exemple : cartographie d’un champ vectoriel de vitesses des vents.
Page 1 sur 8
I-4) Lignes de champ d’un champ vectoriel
Le vecteur représentant le champ vectoriel en un point A est tangent en A à une courbe appelée
ligne de champ, ligne orientée dans le même sens que le vecteur champ.
Exercice :
Tracer en rouge quelques lignes du champs (vitesse du vent)
II) CHAMP DE PESANTEUR ET CHAMP DE GRAVITATION
II-1) Champ de pesanteur terrestre
La Terre de masse MT crée à son voisinage un champ de pesanteur qui est un champ vectoriel.
Schéma
Tout corps massique de masse m placé en un point M du champ de gravitation crée parla Terre est alors
soumis à …………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
Schéma
Page 2 sur 8
Caractéristiques du champ de pesanteur crée par la Terre
Direction :
Sens :
Valeur :
N.B . Si on place en M un objet de masse m’≠m il sera soumis alors à son poids
P ' tel que P'  m'g
les valeurs de P’ et m’ varient mais les caractéristiques (direction, sens et valeur) du vecteur champ de
pesanteur g en M ne varient pas. C’est un des intérêts de la notion de champ.
II-2) Champ de gravitation terrestre
En toute rigueur le champ de gravitation terrestre est différent du champ de pesanteur terrestre.
La Terre de masse MT crée à son voisinage un champ de gravitation qui est un champ vectoriel.
Schéma
Tout corps massique de masse m placé en un point M du champ de gravitation crée parla terre est alors
soumis à …………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
Schéma
Caractéristiques du champ de gravitation crée par la Terre
Direction :
Sens :
Valeur :
Page 3 sur 8
Exercice 1
Á partir de la loi de gravitation de Newton vue en seconde montrer que
G
G  MT
d2
II-3) Champ de pesanteur et champ de gravitation terrestre
Si l’on néglige l’effet de rotation de la Terre alors le champ de pesanteur terrestre est le champ de
gravitation terrestre.
Exercice 2
Montrer que si l’on néglige l’effet de rotation de la Terre alors
g
G  MT
.
d2
II-4) Champ de pesanteur local
Dans un domaine restreint autour de la Terre (dimensions de quelques kilomètre cube) le champ de
pesanteur


g garde la même direction, le même sens et la même valeur. On dit alors que le champ g
est uniforme.
Caractéristiques de

g  direction : verticale ; sens : de haut en bas ; valeur : g = 9,8 N.kg-1 (ou m.s-2)
Page 4 sur 8
II) CHAMPS MAGNÉTIQUE
II-1) Sources de champs magnétiques
Un aimant, un fil conducteur parcouru par un courant électrique, le noyau de certaines planètes (la
Terre par exemple) peuvent créer dans leur environnement un champ magnétique.
II-2) Champ magnétique et force
Une aiguille aimantée placé en un point M dans le champ magnétique crée par un aimant subit une
action mécanique, une force exercée par l’aimant : elle s’oriente différemment selon la position du
point M. L’aiguille aimantée est l’objet test qui permet de mettre en évidence un champ magnétique en
un point de l’espace.
II-3) Caractéristiques du champ magnétique
Le champ magnétique est un champ vectoriel.
Le champ magnétique en un point M de l’espace est caractérisé par un vecteur champ magnétique

B (M ) tel que :
-
son origine est le point M ;
sa direction est celle qu’aurait une aiguille aimantée placée en ce point ;
son sens va du pôle sud au pôle nord à travers l’aiguille aimantée ;
sa valeur se mesure avec un teslamètre et s’exprime en tesla (T)
Exercice 3
Représenter ci-dessous (sans souci d’échelle) le vecteur champ magnétique crée au point M par l’aimant
en U.
M
Page 5 sur 8
II-4) Spectre magnétique d’un aimant en U
Exercice 4
1. Tracer ci-dessus quelques lignes de champs et représenter le vecteur champ magnétique (sans souci
d’échelle) en 4 points différents.
2. Le champ magnétique dans l’entrefer de l’aimant est uniforme. Qu’est-ce que cela signifie ?
Représenter le vecteur champ magnétique en différents points de l’entrefer de l’aimant.
II-5) Champ magnétique terrestre
Voir paragraphe C à la page 207 de votre livre et animation
«magnets-and-electromagnets_fr.jar »
Page 6 sur 8
III) CHAMP ÉLECTROSTATIQUE
III-1) Champ électrostatique E et force électrostatique Fe
Une charge électrique ponctuelle Q placé en un point A de l’espace crée en tout point M de l’espace un

E . Une charge électrique ponctuelle q placée en un point M au voisinage de Q subit



une force électrique Fe telle que Fe  q  E soit :
champ électrique

 Fe
E
q

Le champ électrostatique

Les caractéristiques (direction, sens et valeur) du champ électrostatique E dépendent de la
position du point M mais ne dépendent pas de la valeur algébrique de q.
E est donc un champ vectoriel.
N.B.

- Fe est répulsive si Q x q >o et attractive si Q x q < 0
Q>0
q>0
Q<0
q>0
+
Q<0
Q>0
q’<0
+
q’<0
Page 7 sur 8
+
+
III-2) Champ électrostatique crée dans un condensateur plan

Le champ électrostatique E à l’intérieur d’un condensateur plan est uniforme :
-
sa direction est orthogonale aux plaques ;
son sens va de la plaque chargée positivement vers la plaque chargée négativement ;
-
sa valeur dépend de la tension U entre les plaques et de la distance d entre celles-ci :
-1
avec U en volt (V), d en mètre (m) et donc E en volt par mètre (V.m )
+
-
+
-
+
-
+
-
+
+
+
+
+
Schéma à compléter
Page 8 sur 8
E
U
d